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第1章 线性系统分析1

1.1几个常用的非初等函数1

1.1.1矩形函数1

1.1.2sinc函数1

1.1.3三角形函数2

1.1.4符号函数2

1.1.5阶跃函数2

1.1.6圆柱函数2

1.2 δ函数3

1.2.1δ函数的定义3

1.2.2δ函数的性质4

1.2.3梳状函数4

1.3二维傅里叶变换5

1.3.1傅里叶级数5

1.3.2傅里叶变换5

1.3.3广义傅里叶变换7

1.4卷积和相关9

1.4.1卷积9

1.4.2互相关12

1.4.3自相关14

1.4.4有限功率函数的相关14

1.5傅里叶变换的基本性质和有关定理15

1.5.1傅里叶变换的基本性质15

1.5.2傅里叶变换的基本定理16

1.6线性系统分析18

1.6.1线性系统19

1.6.2线性平移不变系统20

1.6.3线性平移不变系统的传递函数21

1.6.4线性平移不变系统的本征函数22

1.7二维光场分析23

1.7.1单色光波场的复振幅表示23

1.7.2平面波的空间频率26

1.7.3复振幅分布的空间频谱28

1.8空间频率的局域化28

习题31

第2章 标量衍射理论32

2.1历史引言32

2.2从矢量理论到标量理论34

2.3基尔霍夫衍射理论35

2.3.1惠更斯-菲涅耳原理与基尔霍夫衍射公式35

2.3.2惠更斯-菲涅耳原理与叠加积分37

2.3.3相干光场在自由空间传播的平移不变性38

2.3.4相干光场在自由空间传播的脉冲响应的近似表达式39

2.4衍射的角谱理论39

2.4.1单色平面波与本征函数39

2.4.2角谱的传播40

2.4.3孔径对角谱的影响41

2.5菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射42

2.5.1菲涅耳衍射42

2.5.2泰伯效应45

2.5.3夫琅禾费衍射46

2.6透镜的傅里叶变换性质46

2.6.1透镜的相位变换作用47

2.6.2透镜的傅里叶变换特性48

2.6.3透镜的一般变换特性51

2.7复杂相干光学系统的分析53

2.7.1算符分析法的几个约束条件54

2.7.2算符分析法54

2.7.3算符分析法的应用举例55

习题56

第3章 光学成像系统的传递函数58

3.1相干照明衍射受限系统的点扩散函数58

3.1.1透镜的点扩散函数58

3.1.2衍射受限系统的点扩散函数60

3.2相干照明下衍射受限系统的成像规律62

3.3衍射受限系统的相干传递函数63

3.3.1相干传递函数63

3.3.2相干线扩散函数和边缘扩散函数66

3.4衍射受限非相干成像系统的传递函数69

3.4.1非相干成像系统的光学传递函数（OTF）69

3.4.2OTF与CTF的关系71

3.4.3衍射受限的OTF72

3.4.4非相干线扩散函数和边缘扩散函数74

3.5有像差系统的传递函数75

3.6相干与非相干成像系统的比较76

3.6.1截止频率76

3.6.2像强度的频谱76

3.6.3两点分辨78

3.7超越经典衍射极限的分辨率问题79

3.7.1超分辨率存在的理论依据79

3.7.2常用超分辨率方法简介80

习题81

第4章 部分相干理论83

4.1多色光场的解析信号表示83

4.1.1单色信号的复表示83

4.1.2多色信号的复表示84

4.2互相干函数87

4.2.1互相干函数87

4.2.2互相干函数的谱表示90

4.3时间相干性91

4.3.1时间相干性91

4.3.2相干时间95

4.3.3傅里叶变换光谱术95

4.4空间相干性96

4.5在准单色条件下的干涉96

4.6准单色光的传播和衍射97

4.6.1互相干的传播97

4.6.2薄透明物体对互强度的影响100

4.6.3部分相干光的衍射100

4.7范西泰特-策尼克定理102

4.7.1范西泰特-策尼克定理102

4.7.2相干面积104

4.7.3均匀圆形光源105

4.8部分相干光场中透镜的傅里叶变换性质108

4.9部分相干成像110

习题111

第5章 光学全息113

5.1光学全息概述113

5.2波前记录与再现114

5.2.1波前记录114

5.2.2波前再现115

5.2.3全息图的基本类型117

5.3同轴全息图和离轴全息图118

5.3.1同轴全息图118

5.3.2离轴全息图119

5.4基元全息图120

5.5菲涅耳全息图123

5.5.1点源全息图的记录和再现123

5.5.2几种特殊情况的讨论125

5.6傅里叶变换全息图128

5.6.1傅里叶变换全息图128

5.6.2准傅里叶变换全息图131

5.6.3无透镜傅里叶变换全息图131

5.7像全息图132

5.7.1再现光源宽度的影响133

5.7.2再现光源光谱宽度的影响133

5.7.3色模糊134

5.7.4像全息的制作135

5.8彩虹全息136

5.8.1二步彩虹全息137

5.8.2一步彩虹全息138

5.8.3彩虹全息的色模糊138

5.9相位全息图140

5.10模压全息图142

5.10.1白光再现浮雕全息图的制作142

5.10.2电铸金属模板142

5.10.3模压142

5.11体积全息143

5.11.1透射体积全息图143

5.11.2反射全息图144

5.12平面全息图的衍射效率145

5.12.1振幅全息图的衍射效率145

5.12.2相位全息图的衍射效率146

5.13全息干涉计量147

5.13.1二次曝光法147

5.13.2单次曝光法149

5.13.3时间平均法149

5.14数字全息150

5.14.1数字全息的基本概念及其特点150

5.14.2数字全息的基本原理151

5.15全息数据存储153

习题155

第6章 计算全息158

6.1计算全息的理论基础158

6.1.1概述158

6.1.2抽样定理159

6.1.3计算全息的抽样与信息容量162

6.1.4时域信号和空域信号的调制与解调163

6.1.5计算全息的分类164

6.2计算全息的编码方法165

6.2.1计算全息的编码165

6.2.2迂回相位编码方法166

6.2.3修正离轴参考光的编码方法167

6.2.4二元脉冲密度编码169

6.3计算傅里叶变换全息170

6.3.1抽样170

6.3.2计算离散傅里叶变换171

6.3.3编码171

6.3.4绘制全息图171

6.3.5再现171

6.3.6几点讨论172

6.4计算像面全息173

6.4.1抽样173

6.4.2编码174

6.4.3全息图的绘制和再现174

6.4.4四阶迂回相位编码的一个理论解释175

6.5计算全息干涉图175

6.5.1二元全息函数175

6.5.2二元全息干涉图的制作176

6.5.3载波频率的选择177

6.5.4计算举例177

6.6相息图178

6.7计算全息的应用179

6.7.1空间滤波器179

6.7.2干涉计量180

6.7.3再现三维像181

6.7.4计算全息扫描器181

6.8计算全息的几种物理解释182

习题183

第7章 莫尔现象及其应用184

7.1莫尔现象的基本规律184

7.1.1莫尔条纹的形成184

7.1.2莫尔条纹的基本性质186

7.2干涉、全息与莫尔现象187

7.2.1干涉条纹的莫尔模拟187

7.2.2全息与莫尔188

7.2.3全息干涉条纹的莫尔模拟188

7.3莫尔计量术188

7.3.1长度和角度测量188

7.3.2同心圆莫尔及其在二维位移测量中的应用189

7.3.3用于应力变形测量191

7.3.4螺旋莫尔及其在光束准直性测量中的应用192

7.4莫尔轮廓术194

7.4.1阴影莫尔法194

7.4.2投影莫尔法195

7.4.3扫描莫尔法196

第8章 空间滤波197

8.1空间滤波的基本原理197

8.1.1阿贝成像理论197

8.1.2空间滤波的傅里叶分析198

8.2系统与滤波器204

8.2.1空间滤波系统204

8.2.2空间滤波器206

8.3空间滤波应用举例207

8.3.1策尼克相衬显微镜207

8.3.2补偿滤波器207

8.4傅里叶变换透镜208

8.4.1傅里叶透镜的截止频率、空间带宽积和视场209

8.4.2傅里叶透镜对校正像差的要求211

8.4.3傅里叶变换透镜的结构213

习题213

第9章 波前调制214

9.1照相胶片214

9.1.1胶片处理的物理过程214

9.1.2H-D曲线215

9.1.3胶片用于非相干光学系统中216

9.1.4胶片用于相干光学系统中216

9.1.5调制传递函数217

9.2空间光调制器219

9.2.1概述219

9.2.2液晶光阀220

9.2.3磁光空间光调制器223

9.2.4可变形反射镜空间光调制器224

9.2.5LCOS空间光调制器226

9.3衍射光学元件227

9.3.1微光学与二元光学227

9.3.2二元光学的产生和发展228

9.3.3二元光学元件的设计230

9.3.4二元光学元件的制作232

习题233

第10章 相干光学处理235

10.1图像相减235

10.1.1空域编码频域解码相减方法235

10.1.2正弦光栅滤波器相减方法236

10.2匹配滤波与图像识别237

10.2.1匹配空间滤波器237

10.2.2用全息制作复数滤波器239

10.2.3图像识别240

10.2.4联合变换相关识别241

10.3不变的图样识别光学方法243

10.3.1梅林相关器243

10.3.2圆谐波相关244

10.3.3合成判别式函数245

10.4模糊图像的复原246

10.4.1逆滤波器246

10.4.2维纳滤波器247

10.5合成孔径雷达249

10.5.1合成孔径概念249

10.5.2航向信息的记录250

习题254

第11章 非相干光学处理256

11.1相干与非相干光学处理256

11.1.1相干与非相干光学处理的比较256

11.1.2非相干光学处理系统的噪声抑制257

11.2基于几何光学的非相干处理系统258

11.2.1成像258

11.2.2无运动元件的卷积和相关运算259

11.2.3用散焦系统得到脉冲响应的综合260

11.3基于衍射的非相干处理——非相干频域综合261

11.3.1切趾术262

11.3.2沃耳特（Wolter）最小强度检出滤波器263

11.4白光光学信息处理技术263

11.4.1白光光学处理的基本原理264

11.4.2实时假彩色编码265

11.5相位调制假彩色编码267

11.5.1光栅抽样268

11.5.2漂白处理268

11.5.3白光信息处理系统中的滤波解调269

习题270

第12章 几个变换在光学中的应用271

12.1分数傅里叶变换271

12.1.1分数傅里叶变换的定义271

12.1.2分数傅里叶变换的几个基本性质272

12.1.3用透镜系统实现分数傅里叶变换274

12.2几何变换278

12.2.1几何变换定义和种类278

12.2.2广义几何变换279

12.2.3几何变换的光学实现279

12.3Hankel变换280

12.3.1Hankel变换的数学定义280

12.3.2极坐标下的傅里叶变换281

12.4Radon变换282

12.4.1Radorn变换的定义282

12.4.2像的重构282

12.5Hough变换283

12.5.1Hough变换定义283

12.5.2Hough变换的光学实现284

12.6光学小波变换284

12.6.1从短时傅里叶变换到小波变换285

12.6.2小、波变换287

12.6.3小、波函数289

12.6.4光学小波变换291

12.6.5光学Morlet小波变换的实例292

第13章 数字光计算294

13.1光学逻辑运算294

13.2离散模拟光学处理器296

13.2.1信息和系统的离散表示296

13.2.2串行矩阵-矢量乘法器297

13.2.3并行的非相干光矩阵-矢量乘法器298

13.2.4外积处理器299

13.3光学互连300

13.3.1自由空间光互连300

13.3.2光纤和集成光波导光互连301

13.4光存储301

13.4.1光盘存储器301

13.4.2光全息存储301

13.5光计算机302

第14章 光学三维传感304

14.1主动三维传感的基本概念305

14.1.1主动照明的三维传感方法305

14.1.2三种基本的结构照明方式305

14.1.3三维传感系统的基本组成306

14.2采用单光束的三维传感308

14.2.1基本原理与计算公式308

14.2.2散斑对激光三角法精度的影响310

14.2.3测量实例（鞋楦三维面形测量）311

14.2.4基于激光同步扫描的三维面形测量312

14.3采用激光片光的三维传感314

14.3.1激光片光的产生314

14.3.2测量原理314

14.3.3测量实例315

14.4相位测量剖面术316

14.4.1相位测量剖面术的原理317

14.4.2产生结构照明的方法320

14.4.3相位测量剖面术应用举例321

14.5傅里叶变换剖面术324

14.5.1基本原理325

14.5.2FTP方法的测量范围326

14.5.3一种改进的方法327

14.5.4动态过程三维面形测量327

14.6调制度测量轮廓术329

14.6.1基本原理329

14.6.2信息处理方法330

14.6.3测量实例331

14.7三维轮廓测量其他光学方法332

14.7.1采用激光扫描的三维共焦成像332

14.7.2飞行时间法333

14.7.3三维电视摄像机334

习题335

本章参考文献336

参考书目339

部分习题参考答案340